現(xiàn)代空中交通管理

內(nèi)容概要

空中交通管理系統(tǒng)作為國土防空體系的重要組成部分，是國家實(shí)施空域管理、保障飛行安全、實(shí)現(xiàn)航空高效運(yùn)輸?shù)挠行蜻\(yùn)行、捍衛(wèi)我國空域權(quán)益的核心系統(tǒng)。.
隨著高科技的發(fā)展，飛機(jī)自動化程度大幅度提高，空中交通流量不斷增長，使各個國家的現(xiàn)行航行系統(tǒng)出現(xiàn)了不同程度地超載或飽和。為此，國際民航組織提出了以衛(wèi)星技術(shù)為基礎(chǔ)的全球一體化的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理系統(tǒng)的概念及其基本實(shí)施方案。于1993年公布了《新航行系統(tǒng)全球過渡協(xié)調(diào)計劃》簡稱為“新航行系統(tǒng)”，使該系統(tǒng)成為其成員國遵照實(shí)施的統(tǒng)一大系統(tǒng)。
改革開放以來，我國民用航空運(yùn)輸每年平均以兩位數(shù)的百分比遞增，綜合運(yùn)輸能力在全球市場中的地位日益提高，同時，空中交通體系承受著越來越大的壓力，迫切需要現(xiàn)代化的空中交通管理系統(tǒng)。
現(xiàn)代空中交通管理系統(tǒng)采用現(xiàn)代衛(wèi)星、信息、網(wǎng)絡(luò)和自動化技術(shù)，將星基系統(tǒng)與現(xiàn)行陸基系統(tǒng)高度集成，構(gòu)成天地空一體化的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視、管制系統(tǒng)，為我國民航飛機(jī)的全球運(yùn)營提供服務(wù)。它不僅可以有效管理國家空域資源，而且能夠帶動眾多領(lǐng)域發(fā)展，有著極大的拓展空間和應(yīng)
用前景。
本教材針對國家空中交通管理領(lǐng)域及其前沿需求，緊密結(jié)合國內(nèi)外空管技術(shù)及相關(guān)通信、導(dǎo)航、監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展，以北京航空航天大學(xué)交通信息工程及控制的博士點(diǎn)、民航數(shù)據(jù)通信及新航行系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室近年取得的相關(guān)科研成果為主線，編撰此書。..
在內(nèi)容安排上，打破了傳統(tǒng)空中交通管理相關(guān)文獻(xiàn)中以管制流程和職能劃分的格局，以現(xiàn)代空管通信、導(dǎo)航和監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展以及對空中交通管理技術(shù)的推動為主線。結(jié)合空管技術(shù)的發(fā)展和作者的科研成果，重點(diǎn)分析了現(xiàn)代通信、導(dǎo)航、監(jiān)視與空管的關(guān)系，從而，更易于揭示現(xiàn)代空中本書由張軍教授主編。第1章、第3章、第5章(部分)和第6章(部分)由張軍教授編寫，第2章由朱衍波高工編寫，第4章由黃智剛教授編寫，第5章(部分)和第7章(部分)由張學(xué)軍副教授編寫，第6章(部分)由來衍波高工編寫，第7章(部分)由羅喜伶博士編寫。此外，劉鋒副教授、劉凱副教授、王鋼博士后、張濤、苑拮、顧明、譚錫荊、譚光、高東嶺、李宏、李忠孝、聶姝慧、張明、任鵬、杜冰，薛瑞、胡字瀅、吳限、蔣乃欣、李建軍、楊成雷、鄧聰、尹佳、周慶松、黃飛年、王記豐、李淵、王曉琳、鄧煒、粟杰、劉偉等研究生也參與了相關(guān)內(nèi)容的編寫和審核。
感謝國家空管委辦公室、國家自然科學(xué)基金委、國家發(fā)改委、科技部、教育部、總裝備部、國防科工委、中航第一集團(tuán)、中航第二集團(tuán)，空軍航管部、空軍裝備部、民航總局、信息產(chǎn)業(yè)部空管辦公室、北京市教委、空軍雷達(dá)研究所、民航數(shù)據(jù)通信公司和北京航空航天大學(xué)等單位，對本書編寫工作的大力支持。感謝北京航空航天大學(xué)張鳴瑞教授、盧伯英教授，民航空管資深專家陳錦桑高工對本書進(jìn)行了審校。
本教材適用于交通信息工程領(lǐng)域、通信與信息技術(shù)領(lǐng)域的本科生、碩(博)士生，以及空管領(lǐng)域的專業(yè)人士、管制員、飛行員；也可供從事現(xiàn)代空中交通管理、天地空一體化網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和空管系統(tǒng)愛好者參考。
限于編者的水平，書中難免有不足之處，誠懇地希望讀者批評指正。

作者簡介

張軍，男，1965年7月出生，漢族，安徽合肥人，中共黨員。1990年于北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)，獲碩士學(xué)位，后留校任教，于2001年在北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院獲博士學(xué)位。歷任電子工程系系副主任、電子信息工程學(xué)院副院長、院長、民航總局?jǐn)?shù)據(jù)通信及新航行系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任等職。2006年受聘為北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院“長江學(xué)者特聘教授”。
張軍教授主要從事于現(xiàn)代空中交通管理、空天地一體化網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)等方面的研究。
在空天地一體化空中交通管理研究領(lǐng)域：①針對我國原有軍民航空管設(shè)施平臺異構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)各異、多重體制、代差懸殊，網(wǎng)絡(luò)分立形成管制孤島等特殊性和復(fù)雜性，創(chuàng)造性地提出了網(wǎng)關(guān)集群體系構(gòu)架，通過建立網(wǎng)關(guān)元模型和內(nèi)嵌中間層的方法，屏蔽各網(wǎng)關(guān)元異構(gòu)的底層和繁雜的高層應(yīng)用，解決了在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多平臺、多異構(gòu)、多體制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)難題，突破了國外典型的底層交換組網(wǎng)模式，具有中國獨(dú)創(chuàng)性的自主知識產(chǎn)權(quán)。②系統(tǒng)地創(chuàng)建了基于網(wǎng)關(guān)集群的通信協(xié)議體系，解決了支持多種信道及帶寬、多種業(yè)務(wù)和多優(yōu)先級的高效立體信息交換的難題。③基于中間層交換技術(shù)和嵌入式的通用組件網(wǎng)關(guān)元設(shè)計方法，首次研制了一系列宿主網(wǎng)關(guān)和邊緣網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)關(guān)集群裝備，保證多協(xié)議、多模式、多業(yè)務(wù)、多制式的各類異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在統(tǒng)一的環(huán)境下安全高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了我國軍民航、國際網(wǎng)等十多種專用網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，首創(chuàng)了適合國情的網(wǎng)關(guān)集群網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)筑了我國空天地一體化的新一代空中交通服務(wù)平臺核心骨架。
在飛機(jī)自動相關(guān)監(jiān)視研究領(lǐng)域，為解決飛機(jī)高動態(tài)變化條件下的空天地立體動態(tài)網(wǎng)絡(luò)端到端高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y題，創(chuàng)新性地提出了具有非對稱超時處理、無層次命名機(jī)制與網(wǎng)絡(luò)分層管理技術(shù)相結(jié)合的新型數(shù)據(jù)鏈通信協(xié)議，解決了因鏈路非對稱、傳輸時延、誤碼率和傳輸帶寬變化對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)造成的信息傳輸瓶頸問題。在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了利用空地數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)基于飛機(jī)主動報告位置實(shí)現(xiàn)的飛機(jī)自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)和空地一體化實(shí)時飛機(jī)維修支援系統(tǒng)。
在航空移動自組織數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域，針對軍機(jī)飛行高動態(tài)、大機(jī)動以及多機(jī)協(xié)同的造成的機(jī)間數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和快速路由修復(fù)的難題，提出了機(jī)間數(shù)據(jù)鏈新型時隙選擇算法和動態(tài)時隙分配方法，解決了自組織網(wǎng)絡(luò)快速重構(gòu)和多時隙多優(yōu)先級數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y題，可有效支持高動態(tài)環(huán)境下飛機(jī)與飛機(jī)間互監(jiān)視和態(tài)勢共享。
這些關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)在國家空中交通管理系統(tǒng)中獲得重大應(yīng)用，并取得重大科研成果。其中，“新一代空中交通服務(wù)平臺、關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用”成果，榮獲2004年度國家科技進(jìn)步一等獎（排名第1），“基于甚高頻數(shù)據(jù)鏈的自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)”成果，榮獲2000年度國家科技進(jìn)步二等獎（排名第2），榮獲部級科技進(jìn)步獎多項(xiàng)。

書籍目錄

第1章 概論.1
1.1 空中交通管理的發(fā)展1
1.2 空中交通管制系統(tǒng)的分類2
1.2.1 機(jī)場管制2
1.2.2 進(jìn)近管制3
1.2.3 區(qū)域管制3
1.2.4 程序管制3
1.2.5 雷達(dá)管制4
1.3 新航行系統(tǒng)概述4
1.3.1 新航行系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)4
1.3.2 通信系統(tǒng)6
1.3.3 導(dǎo)航系統(tǒng)7
1.3.4 監(jiān)視系統(tǒng)8
1.3.5 空中交通管理系統(tǒng)8
思 考 題9
第2章 國外空管發(fā)展現(xiàn)狀10
2.1 典型國家的空管體制10
2.2 空管技術(shù)和設(shè)施建設(shè)15
思 考 題19
第3章 空管通信系統(tǒng)20
.3.1 空管通信的特點(diǎn)20
3.2 空管通信的體制及技術(shù)21
3.2.1 空管通信的體制21
3.2.2 空管數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)24
3.3 空管數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)28
3.3.1 甚高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)28
3.3.2 衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)74
3.3.3 高頻數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)80
3.3.4 s模式二次雷達(dá)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)85
3.4 atn87
3.4.1 atn的功能87
3.4.2 atn的特點(diǎn)87
3.4.3 atn的組成88
3.4.4 atn的應(yīng)用100
3.4.5 atn的服務(wù)質(zhì)量103
3.4.6 我國atn的發(fā)展106
3.5 中國民航甚高頻數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展106
3.5.1 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的建設(shè)107
3.5.2 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用110
3.5.3 甚高頻數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展115
3.5.4 cpdlc應(yīng)用117
思 考 題124
第4章 空管導(dǎo)航系統(tǒng)125
4.1 gnss125
4.1.1 導(dǎo)航的發(fā)展..125
4.1.2 衛(wèi)星導(dǎo)航和gnss的基本概念127
4.1.3 典型的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)129
4.1.4 衛(wèi)星導(dǎo)航在空管應(yīng)用中的問題131
4.2 衛(wèi)星導(dǎo)航中的差分技術(shù)133
4.2.1 差分技術(shù)的基本概念及工作原理134
4.2.2 差分技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)進(jìn)近和著陸137
4.3 衛(wèi)星導(dǎo)航中的完好性監(jiān)測140
4.3.1 完好性監(jiān)測的措施及實(shí)現(xiàn)140
4.3.2 歐洲的靜地重疊衛(wèi)星完好性監(jiān)測方案144
4.3.3 中國民航gnss完好性監(jiān)測方案145
4.4 衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)152
4.4.1 地基增強(qiáng)系統(tǒng)152
4.4.2 星基增強(qiáng)系統(tǒng)154
4.4.3 空基增強(qiáng)系統(tǒng)155
4.4.4 陸基區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)155
4.5 gnss在空管導(dǎo)航中的應(yīng)用與發(fā)展156
4.5.1 gnss在空管導(dǎo)航中的應(yīng)用156
4.5.2 gnss在空管導(dǎo)航中的發(fā)展158
思 考 題161
第5章 空管監(jiān)視系統(tǒng)162
5.1 雷達(dá)監(jiān)視原理162
5.1.1 雷達(dá)原理162
5.1.2 利用雷達(dá)的空中交通管制166
5.2 自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)171
5.2.1 ads系統(tǒng)原理172
5.2.2 中國民航基于甚高頻數(shù)據(jù)鏈的ads系統(tǒng)186
5.3 ads與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理188
5.3.1 ads信息處理189
5.3.2 航跡處理的卡爾曼濾波算法190
5.3.3 目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中的狀態(tài)融合估計200
5.3.4 民航atc系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)融合202
5.3.5 adsssr數(shù)據(jù)融合模型202
5.3.6 多ssr目標(biāo)狀態(tài)融合估計205
5.3.7 ads目標(biāo)跟蹤206
5.3.8 adsssr融合算法207
5.3.9 adsssr融合數(shù)字仿真208
5.4 廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)210
5.4.1 adsb的定義210
5.4.2 與其他監(jiān)視方式的對比210
5.4.3 adsb技術(shù)現(xiàn)狀211
5.4.4 adsb支持的應(yīng)用212
5.4.5 adsb可傳送信息的類型212
5.4.6 adsb報告213
5.4.7 支持adsb的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)215
5.4.8 移動自主網(wǎng)技術(shù)對adsb支持的分析219
5.4.9 adsb支持下的沖突檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)221
思 考 題223
第6章 空中交通管理及應(yīng)用225
6.1 飛行計劃數(shù)據(jù)處理225
6.1.1 飛行計劃來源225
6.1.2 飛行計劃的基本內(nèi)容225
6.1.3 飛行計劃的實(shí)施過程226
6.2 雷達(dá)數(shù)據(jù)處理229
6.3 空中交通管理的綜合信息處理239
6.3.1 空中交通管理的綜合信息239
6.3.2 綜合信息處理的各主要子系統(tǒng)241
6.4 區(qū)域管制中心251
6.4.1 區(qū)域管制中心的組成及功能251
6.4.2 區(qū)域管制中心的特點(diǎn)253
6.4.3 區(qū)域管制中心實(shí)例——中國民航三大區(qū)域管制中心的建設(shè)255
6.5 cns/atm管制工作站系統(tǒng)257
6.5.1 cns/atm工作站的需求258
6.5.2 cns/atm工作站的組成258
6.5.3 cns/atm工作站的運(yùn)行環(huán)境260
6.5.4 ads在cns/atm工作站中的應(yīng)用261
6.5.5 cpdlc264
6.5.6 cns/atm工作站中的其他功能模塊267
思 考 題268
第7章 空域規(guī)劃管理與流量管理269
7.1 空域規(guī)劃管理269
7.1.1 空域規(guī)劃管理的基本概念269
7.1.2 空域容量277
7.1.3 空域容量的優(yōu)化方法概述290
7.1.4 空域規(guī)劃管理的發(fā)展趨勢290
7.2 空中交通流量管理292
7.2.1 流量管理系統(tǒng)的組織和功能295
7.2.2 各國空中交通流量管理系統(tǒng)的發(fā)展300
7.2.3 流量管理問題302
7.2.4 地面等待策略305
7.3 地面等待策略問題的模型及算法306
7.3.1 降落容量受限的ghpp模型分析306
7.3.2 降落容量受限的ghpp模型回溯算法310
7.3.3 起降容量相互影響的ghpp模型分析311
7.4 空中交通流量管理系統(tǒng)實(shí)例319
7.4.1 國外流量管理系統(tǒng)319
7.4.2 中國的空中交通流量管理系統(tǒng)的建設(shè)325
思 考 題333
附錄英文縮略語中文釋義表334
參考文獻(xiàn)...339

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